CN103883558B - 一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体，属于流体机械领域。该导叶体由叶片（2）、盖板（3）组成，导叶体安装于叶轮（1）和环形压水室（4）之间。叶片（2）固定在盖板（3）上，其特征是：导叶体叶片沿圆周方向呈非等包角布置。所有叶片的进、出口安放角等参数相同，叶轮出口流场均匀，改善了出口过流面积变化，又改善了叶轮受力以及轴上承受的径向力，进而提高了泵的效率，且减弱了因改变导叶进口位置后产生的径向力分布不均而引起的不稳定性。

Description

一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体

技术领域

本发明涉及一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体，属于流体机械领域。

背景技术

导叶体是常用于泵的过流部件。在水泵的设计中，由于结构等原因将压水室设计成环形时，叶轮与其配合的水力性能低下，而导叶体可以将从叶轮流出的液体收集输送至下游，并将部分液流的动能转化为压能，消除液流的旋转，可显著地提高泵效率；传统设计的导叶体沿圆周方向是对称布置的，但是根据流体机流动规律可知，流量沿着叶轮旋转方向递增，对称布置的导叶流道断面面积不变，造成了导叶出口的液体沿圆周方向的分布不均，使得导叶体内的水力损失增大，降低泵的效率，甚至会影响泵的运行稳定性；改变导叶的布置以适应流体的流动规律可以提高泵的效率，但是同时改变了导叶进口边的水力性能，使得径向力分布不均，影响泵的稳定，甚至引发振动。

针对于导叶体的研究目前集中于叶片型线、几何参数、叶片数等因素的优化；邴浩研究了不同的导叶进口安放角、安放角沿流线分布对导叶的影响，钱涵欣对混流泵固定导叶安放角及叶轮轮缘与泵体前盖间隙变化对泵性能影响的试验结果作了介绍，朱俊华从相邻两导叶间的容许扩散角优化了轴流泵的导叶数，高波提出了在匹配环形压水室的非堆成导叶体，即改变导叶叶片的排列位置来改善水力性能及提高效率；目前的研究均以均匀分布以及改变导叶分布为研究对象，尚未从导叶包角沿圆周线性分布研究导叶性能，以进一步提高导叶的效率及改善出口过流面积变化和叶轮受力以及轴上承受的径向力，因此超越了传统设计以及目前改变导叶分布结构的设计，对于研究导叶沿圆周的变化具有实际意义。

发明内容

为提高泵的效率以及改善径向力的分布，本发明超越传统设计并且打破重构导叶布置的设计，提出了一种叶片包角沿圆周变化的导叶体。

本发明是一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体，该导叶体由叶片、盖板组成，导叶体安装于叶轮和环形压水室之间。叶片固定在盖板上，沿圆周方向呈非等包角布置。以出口所在半径与环形压水室出口中心线为θ的叶片为第一叶片，θ为0~15⁰，叶片数n大于7片，小于20片，推荐包角ϕ_i与叶片数n的经验公式为：ϕ_i=ϕ₁-k₂n；i=1,2,3···n；ϕ₁为设计泵导叶第一叶片的包角，取值在35⁰到60⁰之间；ϕ_i为设计泵导叶第i叶片的包角;k₂=0.5⁰~2⁰，保证最后叶片的包角在35⁰到45⁰之间，导叶出口直径D₄与环形压水室直径D₅的关系式为：D₅/D₄=1.5~1.6，第一片叶片的出口边所在半径和环形压水室出口中心线之间最佳安放角度为0~15⁰，所有叶片的进、出口安放角等参数相同，该非等包角结构均适用于圆柱型径向导叶和扭曲型空间导叶的设计。

本发明的优点是：根据导叶体出口过流断面上液体沿水泵旋转方向流量增加这一特性，通过逐渐减小包角的大小，重构每一流道的过流能力，符合真实流动规律，使导叶体内流体速度分布均匀，且由于进口对称而改善了出口过流断面面积变化，从而达到减小泵内部流动损失的目的，非等包角布置的导叶体改善了叶轮受力以及轴上承受的径向力，可提高泵的效率和运行稳定性。

附图说明

图1是本发明的非等包角机构导叶轴截面示意图。

图2是传统的叶片均匀布置的导叶体轴截面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示在传统设计方法完成导叶体之后，逐渐改变导叶的包角，叶片2固定在盖板3上，导叶体安装在叶轮1和环形压水室4之间；在设计圆柱型的径向导叶和扭曲型的空间导叶时，采用叶片沿圆周非对称布置结构，以下举例说明：该导叶叶片数为11片，以第一片叶片为起点，第一叶片的包角是36°，相邻叶片的包角以0.7⁰逐渐减小，第一片叶片的出口边和环形压水室出口中心线最佳安放角度为15⁰，叶轮外径D₂=327mm，D₄=520mm，D₅/D₄=1.538；所有叶片的进、出口安放角等结构参数相同，空间布置也相同。

传统的叶片布局如图2所示，采用相同的叶轮1和压水室4，导叶叶片2沿圆周均匀布置，导叶的包角均为36°。导叶体采用精密铸造工艺完成，安装时保证导叶体相对压水室的位置。

通过计算流体动力学计算（CFD）得出装配非等包角导叶体使得泵的效率比装有传统导叶体的泵的效率高了约1.8%；而当D₅/D₄不在1.5~1.6之间时，效率提高了约1.5%；本发明改善了导叶体内流体的速度场分布，使各个叶片流道间液流速度分布均匀，降低水力损失，从而达到减小泵内部流动损失的目的，又改善了出口过流面积变化。以只改变包角设计的导叶体改善了叶轮受力和轴上承受的径向力，进而提高泵的效率和运行稳定性。

Claims (6)

1.一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体，适用于圆柱型径向导叶和扭曲型空间导叶，该导叶体由叶片(2)、盖板(3)组成，导叶体安装于叶轮(1)和环形压水室(4)之间，其特征是：导叶体叶片沿圆周方向呈非等包角布置；以出口所在半径与环形压水室出口中心线的夹角为θ的叶片为第一叶片，叶片数n大于7片，小于20片；包角与叶片数n的经验公式为：i＝1,2,3···n；为设计泵导叶体第一叶片的包角；为设计泵导叶体第i叶片的包角；k₂的系数取值应保证最后一枚叶片的包角在35°到45°之间。

2.如权利要求1所述的一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体，其特征是：所述的沿圆周方向指沿圆周逆时针方向。

3.如权利要求1所述的一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体，其特征是：为35°到60°之间。

4.如权利要求1所述的一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体，其特征是：k₂＝0.5°～2°。

5.如权利要求1所述的一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体，其特征是：所述θ为0～15°。

6.如权利要求1所述的一种匹配环形压水室的高效非等包角导叶体，其特征是：导叶体出口直径D₄与环形压水室直径D₅的关系式为：D₅/D₄＝1.5～1.6。